Eukaryotische Transkriptionsmaschinerie

Eukaryoten transkribieren ihre Genome mit drei nukleären DNA-abhängigen RNA-Polymerasen, von denen die RNA-Polymerase II alle proteinkodierenden Gene und viele nicht-kodierende RNAs transkribiert. Im Gegensatz zum vergleichsweise autarken bakteriellen Enzym benötigen eukaryotische Polymerasen große Ansammlungen von akzessorischen Faktoren, um Promotoren zu erkennen, sich an der Startstelle zu versammeln und die Chromatin-Struktur zu durchlaufen.

Definition

RNA-Polymerase II ist die eukaryotische DNA-abhängige RNA-Polymerase, die Vorläufer der Messenger-RNA und viele nicht-kodierende RNAs transkribiert; die eukaryotische Transkriptionsmaschinerie ist die Polymerase zusammen mit den allgemeinen Transkriptionsfaktoren, dem Mediator und assoziierten Proteinen, die die Transkription an einem Promotor zusammenfügen und regulieren.

Scope

Das Thema umfasst die eukaryotischen RNA-Polymerasen (mit Schwerpunkt auf RNA-Polymerase II), die allgemeinen Transkriptionsfaktoren und den von ihnen gebildeten Präinitiationskomplex, den Mediator-Koaktivator sowie die regulierten Übergänge von Initiation, Pausierung und Elongation. Es wird auf einem referenziell-pädagogischen Niveau behandelt und nicht als klinische Leitlinie.

Core questions

• Wie wird der RNA-Polymerase II-Präinitiationskomplex an einem Promotor zusammengebaut?
• Welche Rolle spielen die allgemeinen Transkriptionsfaktoren und der Mediator-Komplex?
• Wie regulieren die promotornahe Pausierung und die Elongationskontrolle die Pol II-Transkription?

Key concepts

• RNA-Polymerasen I, II und III
• Allgemeine Transkriptionsfaktoren (z.B. TFIID, TFIIB, TFIIE, TFIIF, TFIIH)
• Präinitiationskomplex
• Mediator-Komplex
• C-terminale Domäne (CTD) der Pol II
• Promotornahe Pausierung
• Kopplung der Elongation an die RNA-Prozessierung

Mechanisms

RNA-Polymerase II wird als Teil eines Präinitiationskomplexes an einen Promotor rekrutiert, der aus den allgemeinen Transkriptionsfaktoren zusammengesetzt ist, welche Core-Promotor-Elemente erkennen, die Polymerase positionieren, die DNA aufschmelzen und den Beginn der Synthese ermöglichen; der Mediator-Komplex verbindet genspezifische Aktivatoren mit dieser Maschinerie. Nach der Initiation pausiert Pol II häufig kurz stromabwärts der Startstelle und benötigt weitere Faktoren, um in die produktive Elongation einzutreten, während der der Phosphorylierungszustand der C-terminalen Domäne der Polymerase das Capping, Spleißen und die 3'-End-Prozessierung des Transkripts koordiniert. Die atomare Struktur der RNA-Polymerase II zeigte den konservierten Spalt, die Klammer und das aktive Zentrum, die diesen Schritten zugrunde liegen, aufbauend auf der ursprünglichen Entdeckung, dass Eukaryoten mehrere spezialisierte Polymerasen einsetzen.

Clinical relevance

Komponenten der eukaryotischen Transkriptionsmaschinerie, einschließlich Mediator-Untereinheiten und der Kinasen, die Pausierung und Elongation steuern, sind an Krebs und Entwicklungsstörungen beteiligt und werden als Wirkstoffziele untersucht; der Pol II-Inhibitor α-Amanitin ist ein klassisches experimentelles und toxikologisches Agens. Dieser Eintrag beschreibt diese Mechanismen auf Referenzniveau und ist keine Grundlage für Behandlungsentscheidungen.

History

Die Erkenntnis, dass Eukaryoten mehrere RNA-Polymerasen besitzen (Roeder und Rutter, 1969), eröffnete die Untersuchung eines dedizierten, multikomponenten Transkriptionsapparats. Die anschließende Rekonstitution der allgemeinen Transkriptionsfaktoren, die Entdeckung des Mediator-Komplexes und die hochauflösende Struktur der RNA-Polymerase II (Cramer et al., 2001) etablierten das mechanistische Bild, das nun unter diesem Thema organisiert ist, wobei die Elongationskontrolle als wichtige regulatorische Ebene hervortrat.

Key figures

• Robert G. Roeder
• Roger Kornberg
• Patrick Cramer
• John T. Lis

Seminal works

• roeder-rutter-1969
• cramer-2001
• soutourina-2018

Frequently asked questions

Warum haben Eukaryoten drei RNA-Polymerasen?

Die Arbeit der Transkription ist aufgeteilt: RNA-Polymerase I stellt die meisten ribosomalen RNAs her, RNA-Polymerase II stellt Messenger-RNAs und viele nicht-kodierende RNAs her, und RNA-Polymerase III stellt Transfer-RNAs und andere kleine RNAs her, jede mit ihrer eigenen Maschinerie.

Was ist der Präinitiationskomplex?

Es ist die Ansammlung von RNA-Polymerase II zusammen mit den allgemeinen Transkriptionsfaktoren an einem Promotor, die das Enzym positioniert, die DNA öffnet und sie auf den Beginn der Transkription vorbereitet.